Die Ausgabe Oktober 2022 von IEEE Spectrum ist da!IEEE-Websites platzieren Cookies auf Ihrem Gerät, um Ihnen die beste Benutzererfahrung zu bieten.Durch die Nutzung unserer Websites stimmen Sie der Platzierung dieser Cookies zu.Um mehr zu erfahren, lesen Sie unsere Datenschutzrichtlinie.In der Weihnachtsnacht saßen Maja Bendtsen und ihr Mann in ihrem gemütlichen Haus auf der dänischen Insel Bornholm auf der Couch vor dem Fernseher.Plötzlich verlor das Haus den Strom.„Die Lichter flackerten kurz, dann wurde alles schwarz“, erinnert sich Bendtsen.Als sie aus dem Fenster spähten, sahen sie, dass die ganze Nachbarschaft dunkel war.Ein paar kurze Telefonate bestätigten, dass ganz Bornholm ohne Strom war.Bendtsen, ein Ingenieur beim Inselversorger Østkraft Net, schloss die offensichtlichen Schuldigen mental aus: Es war keine besonders geschäftige Nacht, da die Weihnachtsfeierlichkeiten mit dem Mittagessen zu Ende gegangen waren, und das Wetter war auch nicht besonders kalt oder stürmisch.Sie dachte jedoch an eine Sache, und es ließ ihr Herz sinken.Sie rief den Kontrollraum von Østkraft an, wo der Chefingenieur ihren Verdacht bestätigte: Ein Schiff, das seinen Anker im engen Ostseekanal zwischen Bornholm und Schweden zog, hatte das 60-Kilovolt-70-Megawatt-Seestromkabel, die einzige externe Quelle der Insel, durchtrennt von Strom.Eine Reparaturmannschaft würde mehr als sechs Wochen brauchen, um den Schaden zu lokalisieren, das Kabel an die Wasseroberfläche zu ziehen und es zu reparieren.Unglaublicherweise war dies das vierte derartige Missgeschick in 10 Jahren.„Wir gewöhnen uns fast daran“, sagt Bendtsen.Mit „gewohnt“ meint sie nicht „resigniert“.In den letzten zehn Jahren hat Østkraft eine beeindruckende Reihe erneuerbarer Quellen [PDF] wie Wind, Sonne und Biomasse aufgebaut, die nun etwa drei Viertel des Bedarfs der Insel decken können.Dabei hat sich Bornholm in eine Art lebendiges Labor zur Erprobung neuer Energieideen verwandelt.Jetzt unternimmt es den ultimativen Schritt, indem es eines der fortschrittlichsten Smart Grids der Welt mit dem Namen EcoGrid EU einsetzt.Es handelt sich um ein vierjähriges, 21 Millionen Euro (27 Millionen US-Dollar) teures Projekt, das teilweise von der Europäischen Union finanziert wird und demonstrieren soll, wie Strom in Zukunft erzeugt, verteilt und verbraucht wird.Während jedes Smart Grid heute Stromangebot, -nachfrage und andere Informationen bis ins kleinste Detail verfolgen kann, ist Bornholms eines der ersten, bei dem der individuelle Haushaltsverbrauch in Echtzeit auf Preisänderungen auf dem Strommarkt reagieren kann.Auf diese Weise tragen die Kunden des Netzes dazu bei, die manchmal großen und plötzlichen Angebotsschwankungen auszugleichen, die mit der Nutzung von Wind- und Sonnenenergie unweigerlich einhergehen.Und wie Bornholm geht es auch in Dänemark und dem Rest von Europa.Der 20/20/20-Plan der Europäischen Kommission sieht beispielsweise vor, dass die Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2020 um 20 Prozent gesenkt werden, während die Nutzung erneuerbarer Energien und die Energieeffizienz um jeweils 20 Prozent steigen werden.Letztes Jahr verabschiedete das dänische Parlament ein noch ehrgeizigeres Ziel: Erneuerbare Energien sollen bis 2020 35 Prozent des gesamten Energiebedarfs des Landes decken – nicht nur Strom, sondern auch Wärme und Transport – und unglaubliche 100 Prozent bis 2050. Können diese Ziele tatsächlich erreicht werden? sei erreicht?Lost at Sea: Bornholms einzige Verbindung zum nordischen Stromnetz erfolgt über ein dreiphasiges Unterseekabel, das in den letzten 10 Jahren viermal gebrochen ist. Foto: Nicky BonneDas will das EcoGrid-Projekt herausfinden.Die Wahl Bornholms mit seinen 41 000 Vollzeitbewohnern als Austragungsort war kein Zufall.Obwohl die Schönheit der Insel jedes Jahr Hunderttausende von Touristen anzieht, ist sie nicht nur ein Urlaubsziel.Kommerzielle Fischerei, Milchwirtschaft und Kunsthandwerk stützen die Wirtschaft und geben Østkraft eine repräsentative Mischung aus Gewerbe, Industrie und Privatkunden sowie Schulen, ein Krankenhaus, einen Flughafen und einen internationalen Seehafen.„Wir sind wie ein Mikrokosmos der dänischen Gesellschaft“, sagt Bendtsen.„Wir sind in vielerlei Hinsicht ein Abbild des zukünftigen Energiesystems in Dänemark.“Und indem sie untersuchen, wie ein Hightech-Netz dieser kleinen Insel helfen kann, die Herausforderungen erneuerbarer Energien zu bewältigen, hoffen die Organisatoren von EcoGrid, größere Lehren für die ganze Welt zu ziehen.Bornholm nimmt seit langem einen besonderen Platz in der dänischen Psyche ein.Der lokalen Legende nach hatte Gott am Ende seiner Schöpfung immer noch Teile des Paradieses übrig, und so warf er sie alle in die Ostsee und erschuf Bornholm.Eine andere Geschichte besagt, dass dänische Könige im Mittelalter ihre Mätressen im großen Wald der Insel versteckten.Heute strömen Europäer im Sommer nach Bornholm wegen seiner schönen Sandstrände, des (für Dänemark) sonnigen Wetters und, ja, dieses Waldes.Inselüberwachung: Forscher der Technischen Universität Dänemark bei Kopenhagen können das Stromnetz von Bornholm in Echtzeit überwachen.Foto: Technische Universität Dänemark (DTU)Für Jacob Østergaard sind das Schönste an Bornholm jedoch nicht die Strände oder die Sonne: Es ist dieses lästige Seekabel, oder, was noch wichtiger ist, was dieses Kabel ihm als Energietechniker ermöglicht.Østergaard, Professor für Elektrotechnik an der Technischen Universität Dänemark (DTU) in Lyngby, ist an einer Reihe von Elektrizitätsprojekten auf Bornholm beteiligt, darunter EcoGrid.Das Kabel könne nach Belieben abgeschaltet werden, erklärt er, wodurch das Bornholmer Netz in den sogenannten „Inselmodus“ versetzt werde.Und das ist interessant, sagt er, denn der Reichtum an Windkraft macht das Bornholmer Netz schwierig zu betreiben und faszinierend zu studieren.Letztes Jahr bauten er und seine Kollegen sogar ein Duplikat der Østkraft-Leitwarte auf dem DTU-Campus, um das Bornholmer Netz in Echtzeit zu überwachen.An einem windigen Tag können Bornholms Turbinen bis zu 30 MW Strom liefern, oder mehr als die Hälfte der Spitzenlast der Insel von 55 MW.Aber der Wind weht, wie er will, und diese Variabilität und Unvorhersehbarkeit kann die Stabilität des Netzes verheeren.Wenn zum Beispiel der Wind abrupt abflaut, könnte das Stromangebot weit unter die Nachfrage sinken, wodurch auch die Nennfrequenz von 50 Hertz im Netz sinkt.Ein Einbruch oder eine Spitze von knapp über einem Zehntel Hertz ist ein Grund zur Beunruhigung, sagt Østergaard, und wenn es noch weiter aus dem Gleichgewicht gerät – auf beispielsweise 47 Hz – kann es einen Stromausfall auslösen.Etwas Ähnliches geschah am 17. September 2009 [PDF], als das Seekabel wegen Wartungsarbeiten stillgelegt wurde.Um das Netz im Gleichgewicht zu halten, wurden auch die Windkraftanlagen zunächst abgeschaltet.Um 11:25 Uhr war alles ruhig, und die Netzfrequenz schwebte stetig knapp nördlich von 50 Hz.Dann, um 11:26 Uhr, wurden sechs der Turbinen eingeschaltet, und in den nächsten Minuten stieg ihr Anteil an der Stromversorgung der Insel auf 15 Prozent.Aber als die Windleistung unregelmäßig wuchs, stieg auch die Netzfrequenz, stieg mehrmals um mehr als ein Zehntel Hertz und fiel kurz vor Mittag steil auf 49,8 Hz ab.Østkraft-Ingenieure und DTU-Forscher beobachteten die Situation genau und griffen schnell ein, erhöhten die Leistung der konventionellen Generatoren der Insel und drosselten den Windanteil auf 10 Prozent zurück, woraufhin die Frequenz wieder normal wurde.Tanken für die Zukunft: Das Hauptkraftwerk auf Bornholm verbrennt neben Kohle und Diesel auch Holzhackschnitzel. Foto: Nicky BonneDutzende von Experimenten davor und danach haben bestätigt, dass es eine Obergrenze von etwa 15 Prozent für die Menge an Windenergie gibt, die Bornholms Netz im Inselmodus aufnehmen kann.Und in größerem oder geringerem Maße tun alle Stromnetze mit einem erheblichen Anteil an Wind und Sonne das Gleiche und greifen auf traditionelle „Spitzen“-Generatoren zurück, um Lücken bei der Erzeugung erneuerbarer Energien auszugleichen.Manche Netzbetreiber speichern Strom auch in Pumpspeicherkraftwerken, Druckluftanlagen oder Industriebatterien, letztere sind aber noch nicht wirtschaftlich und erstere nur punktuell nutzbar.Aber was wäre, wenn Sie, anstatt die Erzeugung zu steigern, wenn die Nachfrage hoch ist, einfach die Nachfrage drosseln?Die Beantwortung dieser grundlegenden Frage ist das Herzstück von EcoGrid.Das Ziel des intelligenten Stromnetzes besteht nicht darin, zu demonstrieren, dass Bornholm energieunabhängig sein kann, bemerkt Bendtsen, während er in einem der lichtdurchfluteten Büros in Østkrafts eleganter Zentrale etwas außerhalb der Hauptstadt Rønne sitzt.Die Insel ist bereits unabhängig: Derzeit verfügt sie über etwa 50 MW an inländischer Leistung, von einer Mischung aus konventionellen Kohle- und Dieselgeneratoren, drei Dutzend Windkraftanlagen, die wie riesige Windräder die Landschaft durchziehen, Photovoltaik auf dem Dach, einer Biogasanlage und mehreren Holz- schnitzel- und strohbefeuerte Anlagen.Infolgedessen dauerte der Stromausfall in der Weihnachtsnacht nur wenige Stunden, die Zeit, die benötigt wurde, um die heimischen Anlagen ans Netz zu bringen.Aber die Stromerzeugung auf diese Weise ist teuer, und so ermöglicht das Kabel nach Schweden der Insel, Strom aus dem nordischen Netz zu kaufen, wenn er billig ist, und zu verkaufen, wenn der Preis hoch ist.Normalerweise erfolgt der Handel auf den Strommärkten auf der Ebene der Versorgungsunternehmen und dergleichen.EcoGrid lässt auch einzelne Haushalte und kleinere Unternehmen zu Marktteilnehmern werden.Die Idee ist, den Stromverbrauch in Tages- und Nachtzeiten zu verlagern, in denen die Stromnachfrage und die Strompreise niedrig sind, erklärt Bendtsen.Sie könnten dies tun, indem Sie den Leuten einfach eine Textnachricht senden, wenn sich die Preise ändern.Aber das würde schnell ermüdend werden.Von Abfall zu Watt: Bornholms 2-Megawatt-Biogasanlage (rechts) wandelt Gülle und andere organische Abfälle in Strom und Wärme um. Foto: Nicky Bonne„Und wenn wir Menschen direkt mit dem Markt interagieren lassen, wird sich ihr Verhalten natürlich ändern“, sagt Østergaard.„Zum Beispiel wird jeder sein Elektroauto laden wollen, wenn der Preis niedrig ist.Wenn zu viele Leute das tun, entstehen Engpässe in den schwächsten Teilen des Netzes.“Stattdessen haben die Mitarbeiter von EcoGrid Smart-Grid-Controller [PDF] in etwa 1200 Haushalten und hundert Unternehmen installiert, und seit April erhalten die Controller einen kontinuierlichen Strom von Daten, die auf dem 5-Minuten-Strompreis auf dem nordischen Strommarkt basieren umfasst Dänemark, Finnland, Norwegen und Schweden.Die Controller kommunizieren drahtlos mit bestimmten Geräten, und Algorithmen bestimmen, ob sie sie ein- oder ausschalten, basierend auf Faktoren wie Tageszeit, Wetter sowie aktuellen, vergangenen und zukünftigen Marktpreisen.Zunächst wollten die Organisatoren des Projekts eine ganze Reihe von Haushaltsmaschinen regulieren – Geschirrspüler, Waschmaschinen, Kühlschränke, Fernseher, Lampen.Es stellt sich jedoch heraus, dass solche intelligenten Geräte zwar schon seit Jahren auf dem Markt sind, es aber immer noch kein Standardprotokoll für deren Automatisierung gibt.Ihr Geschirrspüler spricht also möglicherweise ZigBee, während Ihr Gefrierschrank sich über KNX unterhält, und sie können sich nicht so einfach verstehen.Standards würden eindeutig helfen, sagt Bendtsen.„Stellen Sie sich vor, Sie gehen in einen Haushaltswarenladen, um eine neue Spülmaschine zu kaufen“, sagt sie.„Man muss nicht nur überlegen, welche Größe und welche Farbe und wie viel Energie und Wasser es verbraucht, sondern auch welche Sprache es spricht.Gut, wenn Sie Ingenieur sind, aber wir brauchen eine Art Standard, damit sich die einfachen Leute nicht selbst um all diese Dinge kümmern müssen.“Inzwischen hält sich das EcoGrid einfach und richtet sich vor allem an Haushalte mit Elektroheizung und Wärmepumpe.In 700 dieser Haushalte wird das Heizsystem direkt mit Algorithmen gesteuert, die im Forschungslabor von IBM in Zürich entwickelt wurden.Auf der Grundlage von Faktoren wie Stromverbrauchsmustern und der Größe der Fenster und Wände wurde ein thermisches Modell jedes Haushalts erstellt, erklärt Dieter Gantenbein, Smart-Grid-Projektleiter bei IBM Research–Zürich.„Wenn Sie das Fenster oft offen lassen, um Ihre Katze rein und raus zu lassen, dann werden Ihre Parameter anders sein als bei jemandem, der die Fenster geschlossen hält“, sagt er.Aus dem thermischen Modell fügt er hinzu: „Wir können die elektrische Flexibilität dieses Hauses bestimmen – wir haben eine geplante Strategie, wie wir die Wärmepumpe hoch- oder runterdrosseln können.Das Ziel ist, dass die Eigentümer keine Einschränkung ihrer Lebensqualität sehen.“Etwa 100 Unternehmen auf Bornholm werden ähnlich ausgestattet.Wegweisend: Ein Demonstrationshaus auf Borholm ist mit Dach-Photovoltaik und Smart-Grid-Geräten ausgestattet, damit die Menschen sehen können, wie diese Technologien funktionieren.Foto: Nicky BonneEtwa 500 weitere Haushalte werden als eine einzige Strom verbrauchende Einheit behandelt;Die Siemens-Tochter Dänemark koordiniert diesen Teil des Smart Grids.Der Rest der 1900 Haushalte, die an dem Projekt teilnehmen – etwa ein Zehntel der Insel – bekommt gerade intelligente Zähler, die ihnen detaillierte Informationen über ihren Stromverbrauch und die Marktpreise liefern, aber ihre Nutzung in keiner Weise kontrollieren.Interessanterweise wird EcoGrid-Teilnehmern nicht gesagt, dass sie mit einem Rückgang ihrer Stromrechnung rechnen müssen.Das ist teilweise ein Weg, mit Erwartungen umzugehen, aber es ist auch einfach realistisch: Zahlreiche Studien in Dänemark und anderen Ländern haben gezeigt, dass die zusätzlichen Einsparungen, die Menschen durch mehr Energieeffizienz erzielen, normalerweise nicht ausreichen, um ihr Verhalten zu ändern.Allerdings, so Gantenbein, habe es auf Bornholm keinen Mangel an Freiwilligen gegeben.„Dänen liegt der Umweltschutz am Herzen“, sagt er.„Es ist wie ein Sport.Sie heizen sorgfältig, sie schließen Türen, sie verwenden verschiedene Technologien, und durch ihr Engagement sind sie sehr begeistert, an einem so ehrgeizigen Pilotprojekt teilzunehmen.“Umweltbegeisterter: Martin Kok-Hansen (links) war einer der ersten Hausbesitzer, der sich für das Smart Grid EcoGrid anmeldete.Er hat sich bereits entschieden, seine Halogenlampen gegen effizientere Glühbirnen auszutauschen. Foto: Nicky BonneMartin Kok-Hansen ist so ein Enthusiast.Er lebt mit seiner Familie in einem einstöckigen Backsteinhaus am Nordrand von Rønne und war einer der ersten auf Bornholm, der sich für das Smart Grid anmeldete.Der Immobilienmakler sagt, er habe sich aus demselben Grund zur Teilnahme entschieden, aus dem er vor einigen Jahren seinen Jeep Grand Cherokee gegen einen Volkswagen Golf eingetauscht habe.„In Zukunft werden wir nicht mehr so ​​viel Macht haben“, sagt er.„Und mein Sohn wird wahrscheinlich auch Kinder haben.Woher sollen sie die ganze Kraft nehmen?“Es gibt jetzt einen Landis+Gyr Smart Meter an der Wand von Kok-Hansens Garage, ein kleines Relais und Lesegerät in der Waschküche, das die elektrische Heizung ein- und ausschaltet, und ein digitales Thermostat im Wohnzimmer;Alle drei Einheiten kommunizieren drahtlos mit einem „Gateway“-Controller und Router, die wiederum über das Internet mit dem Versorgungsunternehmen verbunden sind.Das Gateway und der größte Teil der anderen Hardware sowie die Haushaltskommunikation und die Webdienste für Endbenutzer wurden von einer Firma namens GreenWave Reality mit Sitz in Irvine, Kalifornien, entwickelt.Wie andere Teilnehmer kann auch Kok-Hansen Grenzen setzen, wie warm oder kühl sein Haus wird.„Wenn es hier 21 °C sind und sie Strom brauchen, können sie die Heizung abschalten und auf 18 °C fallen lassen“, sagt er.Das ist zwei oder drei Grad kühler als normal, aber er glaubt, damit fertig zu werden.„Vielleicht ziehst du für eine Weile einen Pullover an.“Smart Beer: Bornholm verfügt über etwa 200 experimentelle Flaschenkühler, die mit speziellen Steuerungen ausgestattet sind, sodass sie auf Änderungen der Netzfrequenz reagieren können, indem sie sich automatisch ein- oder ausschalten.Foto: Nicky BonneEr steht in seiner kürzlich umgebauten Küche, den Laptop auf der schwarzen Granitplatte, und loggt sich in sein Konto auf der Østkraft-Website ein.Er kann nahezu in Echtzeit sehen, wie viel Strom er verbraucht.Es war, gelinde gesagt, aufschlussreich.„Im Moment verbrauche ich 1200 Watt“, sagt er und zeigt auf eine Grafik auf dem Bildschirm.„Aber wenn Sie diesen einschalten“ – er geht zu einem Wandschalter und schaltet die eingelassenen Halogenleuchten über ihm ein – „sehen Sie, dass die Nutzung stark ansteigt.“Sicher genug, innerhalb weniger Sekunden verdoppelt sich der grafisch dargestellte Wert fast.Das liegt daran, dass jede Halogenlampe 50 Watt hat und die Küche 16 davon hat.Bei aktuellen Preisen kostet 1 Kilowattstunde etwa 2 Dänische Kronen oder 35 Cent.Wenn er also diese Lichter nur 4 Stunden am Tag eingeschaltet lässt, kostet ihn das 500 Dollar pro Jahr, rechnet er vor.Er plant, sie bald gegen Kompaktleuchtstofflampen oder LEDs auszutauschen.„Die werde ich auf jeden Fall wechseln“, sagt er.„Das ist ein ganz neuer Lebensstil.“Der SuperBest-Supermarkt gleich neben dem Hauptplatz in Rønne ist an einem Samstagnachmittag voll.Ein junger Mann hält an einem Kühlschrank an, holt ein paar Bierflaschen heraus und legt sie in seinen Einkaufswagen.Er macht sich nicht die Mühe, den erklärenden Aufkleber zu lesen, der über die Glasfront des Kühlschranks geklebt ist, noch wirft er einen Blick auf das schuhkartongroße Gerät, das auf der Kühlbox steht.Und so ahnt er vielleicht nicht, dass dieser Kühlschrank und etwa 200 andere Geräte wie dieser auf Bornholm etwas Besonderes sind: Wie die Wärmepumpen von EcoGrid tragen die Flaschenkühler zum Ausgleich des Netzes bei [PDF].Vor zwei Jahren haben Forscher der DTU jeden Kühler so modifiziert, dass er die Netzfrequenz direkt überwacht, erklärt Østergaard.In einer Reihe von Experimenten hat seine Gruppe gezeigt, dass die Kühler so programmiert werden können, dass sie sich selbst ausschalten, wenn die Frequenz um mehr als ein Zehntel sinkt, und sich dann automatisch wieder einschalten, wenn sich die Frequenz stabilisiert.„Wenn es sich nur um eine kleine Frequenzvariation handelt, reagieren nur wenige Kühler“, erklärt er.„Aber wenn es eine große Variation gibt, werden alle reagieren.“Das Konzept, Kühler, Pumpen und andere Geräte auf diese Weise zu verwenden, ist schon seit einiger Zeit im Umlauf, sagt Østergaard, aber erst in den letzten zehn Jahren wurde es wirtschaftlich machbar.„Heutzutage hat jede Kühlbox einen Thermostat mit Mikrocontroller und Prozessor, sodass man ihn einfach so programmieren kann“, bemerkt er.Während die an das EcoGrid angeschlossenen Heizsysteme auf Marktpreise reagieren, die ein indirektes Maß für Stromangebot und -nachfrage darstellen, erkennen die Flaschenkühler von Bornholm die Bedingungen im Stromnetz selbst.Laut Østergaard sind beide Ansätze nützlich: „Es ist wichtig, das Netz auf allen Zeitskalen auszugleichen, von Sekunden und Minuten bis zu Tagen und Jahren.“Und durch den Einsatz von Informationstechnologie zur strategischen Drosselung der Nachfrage, anstatt die Versorgung zu erhöhen, kann das Smart Grid ein effizienteres Netz schaffen.„Das Verschieben von Bits und Bytes ist kostengünstiger als das Verschieben von Ampere“, sagt er.Ob Dänemark und der Rest Europas ihre hochgesteckten Energieziele erreichen werden, sagt Østergaard nicht.„Es ist gut, Ziele zu haben“, gibt er zu.„Ich weiß nicht, ob uns das gelingen wird.Aber ohne solche Projekte geht es gar nicht.“Weitere Informationen zum Autor finden Sie in der Hintergrundgeschichte „High Anxiety“.Schon mal was von Graph Neural Networks gehört?Teilchenphysiker habenDan Garristo ist ein freiberuflicher Wissenschaftsjournalist, der sich mit Physik und anderen physikalischen Wissenschaften befasst.Seine Arbeiten sind in Scientific American, Physics, Symmetry, Undark und anderen Medien erschienen.Ein Blick auf den unterirdischen ALICE-Detektor, der zur Untersuchung der Schwerionenphysik am Large Hadron Collider (LHC) verwendet wurde.Teilchenphysiker sind seit langem Early Adopters – wenn nicht gar Erfinder – von Technologien von E-Mail bis Internet.Es ist daher nicht verwunderlich, dass Forscher bereits 1997 Computermodelle trainierten, um Partikel in den chaotischen Jets zu markieren, die bei Kollisionen entstanden.Seitdem haben sich diese Models immer weiter entwickelt und sind immer kompetenter geworden – wenn auch nicht zur Freude aller.„Ich fühlte mich durch maschinelles Lernen sehr bedroht“, sagt Jesse Thaler, ein theoretischer Teilchenphysiker am Massachusetts Institute of Technology.Anfangs, sagt er, habe er das Gefühl gehabt, dass es seine menschliche Expertise bei der Klassifizierung von Partikeljets gefährdet habe.Aber Thaler hat es inzwischen angenommen und wendet maschinelles Lernen auf eine Vielzahl von Problemen in der Teilchenphysik an.„Maschinelles Lernen ist ein Kollaborateur“, sagt er.In den letzten zehn Jahren haben Teilchenphysiker zusammen mit der breiteren Deep-Learning-Revolution Algorithmen trainiert, um zuvor unlösbare Probleme zu lösen und völlig neue Herausforderungen anzugehen.Selbst mit einem effizienten Auslöser muss der LHC in den nächsten Jahren der Datenerfassung 600 Petabyte speichern.Forscher untersuchen daher Strategien, um die Daten zu komprimieren.Zunächst einmal unterscheiden sich Daten der Teilchenphysik stark von den typischen Daten, die beim maschinellen Lernen verwendet werden.Obwohl sich Convolutional Neural Networks (CNNs) als äußerst effektiv bei der Klassifizierung von Bildern alltäglicher Objekte von Bäumen über Katzen bis hin zu Lebensmitteln erwiesen haben, sind sie weniger für Partikelkollisionen geeignet.Laut Javier Duarte, einem Teilchenphysiker an der University of California in San Diego, besteht das Problem darin, dass Kollisionsdaten wie die des Large Hadron Collider natürlicherweise kein Bild sind.Auffällige Darstellungen von Kollisionen am LHC können den gesamten Detektor irreführend füllen.In Wirklichkeit registrieren nur wenige von Millionen Eingängen ein Signal, wie ein weißer Bildschirm mit einigen schwarzen Pixeln.Diese spärlich besetzten Daten geben ein schlechtes Bild ab, können aber in einem anderen, neueren Framework gut funktionieren – Graph Neural Networks (GNNs).Andere Herausforderungen aus der Teilchenphysik erfordern Innovation.„Wir importieren nicht nur Hämmer, um unsere Nägel einzuschlagen“, sagt Daniel Whiteson, Teilchenphysiker an der University of California, Irvine.„Wir haben neue seltsame Arten von Nägeln, die die Erfindung neuer Hämmer erfordern.“Ein seltsamer Nagel ist die schiere Datenmenge, die am LHC produziert wird – etwa ein Petabyte pro Sekunde.Von dieser enormen Menge wird nur ein kleiner Teil hochwertiger Daten gespeichert.Um ein besseres Triggersystem zu schaffen, das so viele gute Daten wie möglich speichert und gleichzeitig minderwertige Daten entfernt, wollen Forscher einen scharfsinnigen Algorithmus trainieren, um besser zu sortieren als einen fest codierten.Aber um effektiv zu sein, müsste ein solcher Algorithmus unglaublich schnell sein und in Mikrosekunden ausgeführt werden, sagt Duarte.Um diese Probleme anzugehen, gehen Teilchenphysiker an die Grenzen von Maschinentechniken wie Pruning und Quantisierung, um ihre Algorithmen noch schneller zu machen.Selbst mit einem effizienten Auslöser muss der LHC in den nächsten Jahren der Datenerfassung 600 Petabyte speichern (das entspricht etwa 660.000 Filmen mit 4K-Auflösung oder dem Datenäquivalent von 30 Kongressbibliotheken), daher untersuchen Forscher Strategien zur Komprimierung der Daten.„Wir möchten, dass eine Maschine lernt, mehr wie ein Physiker zu denken, [aber] wir müssen auch nur lernen, ein bisschen mehr wie eine Maschine zu denken.“– Jesse Thaler, MITMaschinelles Lernen ermöglicht es Teilchenphysikern auch, anders über die von ihnen verwendeten Daten nachzudenken.Anstatt sich auf ein einzelnes Ereignis zu konzentrieren – sagen wir, ein Higgs-Boson, das zu zwei Photonen zerfällt – lernen sie, die Dutzende anderer Ereignisse zu berücksichtigen, die während einer Kollision passieren.Obwohl es keine kausale Beziehung zwischen zwei Ereignissen gibt, nehmen Forscher wie Thaler jetzt eine ganzheitlichere Sicht auf die Daten an und nicht nur die stückweise Sichtweise, die sich aus der Analyse von Interaktionen zwischen Ereignissen ergibt.Noch dramatischer hat das maschinelle Lernen die Physiker dazu gezwungen, grundlegende Konzepte neu zu bewerten.„Ich war ungenau in meiner eigenen Vorstellung davon, was eine Symmetrie ist“, sagt Thaler.„Mich dazu zu zwingen, einem Computer beizubringen, was eine Symmetrie ist, hat mir geholfen zu verstehen, was eine Symmetrie eigentlich ist.“Symmetrien erfordern einen Bezugsrahmen – mit anderen Worten, ist das Bild einer verzerrten Kugel in einem Spiegel tatsächlich symmetrisch?Es gibt keine Möglichkeit zu wissen, ohne zu wissen, ob der Spiegel selbst verzerrt ist.Das maschinelle Lernen in der Teilchenphysik befindet sich noch in den Anfängen, und Forscher behandeln die Technik effektiv wie eine sprichwörtliche Küchenspüle.„Es ist vielleicht nicht für jedes einzelne Problem in der Teilchenphysik das Richtige“, gibt Duarte zu.Während einige Teilchenphysiker tiefer in maschinelles Lernen eintauchen, taucht eine unbequeme Frage auf: Machen sie Physik oder Informatik?Das Stigma gegen Codierung – manchmal nicht als „echte Physik“ betrachtet – existiert bereits;ähnliche Bedenken kreisen um maschinelles Lernen.Eine Sorge ist, dass maschinelles Lernen die Physik verschleiern und die Analyse in eine Black Box automatisierter Prozesse verwandeln wird, die für das menschliche Verständnis undurchsichtig sind.„Unser Ziel ist es nicht, die Maschine und das Experiment an das Netzwerk anzuschließen und unsere Arbeiten veröffentlichen zu lassen, damit wir nicht auf dem Laufenden sind“, sagt Whiteson.Er und seine Kollegen arbeiten daran, dass die Algorithmen Feedback in einer Sprache liefern, die Menschen verstehen können – aber Algorithmen sind möglicherweise nicht die einzigen, die für die Kommunikation verantwortlich sind.„Auf der einen Seite möchten wir, dass eine Maschine lernt, mehr wie ein Physiker zu denken, [aber] wir müssen auch nur lernen, ein bisschen mehr wie eine Maschine zu denken“, sagt Thaler.„Wir müssen lernen, die Sprache des anderen zu sprechen.“IEEE trauert auch um den Designer des MC68000-Prozessors von MotorolaAmanda Davis ist freiberufliche Autorin und Managerin für kreative Dienstleistungen bei Measurbl, einem Anbieter von ESG-Software und professionellen Dienstleistungen mit Sitz in San Diego.Sprachverarbeitungspionier Life Fellow, 77;starb am 31. JuliFurui war ein führender Sprachverarbeitungsforscher, der eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Kommunikation zwischen Mensch und Maschine spielte.Michael N. Geselowitz, Senior Director des IEEE History Center, beschreibt ihn als „Säule in der Sprachverarbeitungs-Community“.Furui war vor allem dafür bekannt, dass er in den 1980er Jahren als Forscher bei Nippon Telegraph and Telephone in Tokio die menschliche Wahrnehmung von vorübergehenden Geräuschen untersuchte.Seine Ergebnisse führten zu einem besseren Verständnis des menschlichen Gehörs und verbesserten die Genauigkeit von Spracherkennungs-, Sprecheridentifikations- und Verifizierungssystemen erheblich.Er begann seine Karriere 1970 als Forscher in den Musashino Electrical Communication Labs von NTT, ebenfalls in Tokio.Von 1979 bis 1982 war er Senior Researcher bei NTT Basic Research Labs und wurde 1982 zum Senior Staff Engineer für Personal und internationale Angelegenheiten des Unternehmens befördert.Sieben Jahre später wurde er zum Direktor des Speech and Acoustic Lab der Human Informatics Labs von NTT ernannt.1991 wurde er Research Fellow und war bis 1997 Direktor des NTT Furui Research Lab.Nachdem er 1997 als Professor für Informatik an das Tokyo Institute of Technology kam, wurde er 2007 Dekan der dortigen Graduiertenschule für Informationswissenschaft und -technik. 2009 wurde er zum Direktor der Universitätsbibliothek und 2009 zum Direktor des Contents Utilization Center ernannt 2011 wurde er emeritiert.Er verließ Tokio im Jahr 2013, um Präsident des Toyota Technological Institute in Chicago zu werden, und war in dieser Position bis 2019 tätig. Anschließend wurde er zum Vorsitzenden des Kuratoriums ernannt und hatte diese Position drei Jahre lang inne.Er ist Autor oder Co-Autor von mehr als 1.000 Artikeln und Büchern zu Spracherkennung, künstlicher Intelligenz und Verarbeitung natürlicher Sprache.Zwischen 1985 und 2001 wurden 26 Ausgaben seines Buches Digital Speech Processing, Synthesis, and Recognition veröffentlicht.Furui war Mitglied mehrerer IEEE-Ausschüsse und diente als allgemeiner Co-Vorsitzender der diesjährigen IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, die im Mai in Singapur stattfand.Von 2001 bis 2005 war er Präsident der International Speech Communication Association.Zu den Auszeichnungen, die er erhielt, gehörte 2016 der Bunka Korosha (Person of Cultural Merit) Award, eine der höchsten Auszeichnungen, die von der japanischen Regierung verliehen werden.Er erhielt 2013 den Okawa-Preis für „bahnbrechende Beiträge und Führungsqualitäten auf dem Gebiet der computergestützten Spracherkennung und des Sprachverständnisses“.Er gewann 2012 einen Broadcast Cultural Award von NHK, der Japan Broadcasting Corp., für herausragende Beiträge zur Theorie und Praxis der automatischen Spracherkennungstechnologie, die jetzt in den Untertitelsystemen von NHK sowie zur Sprechererkennung und Multimedia-Suchtechnologie verwendet wird .Er erhielt 2010 den IEEE James L. Flanagan Speech and Audio Processing Award für „Beiträge zu und Führung auf dem Gebiet der Sprach- und Sprechererkennung für eine natürliche Kommunikation zwischen Mensch und Maschine“.Furui war Fellow der Acoustical Society of America und des IEICE.Er erwarb 1968, 1970 und 1978 an der Universität Tokio Bachelor-, Master- und Doktorgrade in mathematischer Technik und Instrumentenphysik.System- und Softwareingenieur IEEE Life Fellow, 87;starb am 20. AugustBoehm war Chefwissenschaftler, Hauptforscher und Vorsitzender des Forschungsrates am Systems Engineering and Research Center der University of Southern California in Los Angeles.Das SERC ist eine Abteilung des US-Verteidigungsministeriums, die die Forschung und das Fachwissen von Fakultäten, Mitarbeitern und studentischen Forschern von mehr als 20 kooperierenden Universitäten nutzt.Boehm begann seine Karriere 1955 als Computerprogrammierer und Systemanalytiker bei General Dynamics, einem Luft- und Raumfahrthersteller in Reston, Virginia. Er verließ das Unternehmen 1959, um der Rand Corp. beizutreten, einer gemeinnützigen Organisation in Santa Monica, Kalifornien, die Forschung und Analyse anbietet zum US-Militär.Er trat als Analyst ein und wurde zum Leiter der Abteilung für Informationswissenschaften befördert.Er verließ das Unternehmen 1973, um als Chefwissenschaftler der Gruppe für Verteidigungssysteme bei TRW (jetzt Teil von Northrop Grumman), einem Automobil- und Luft- und Raumfahrtunternehmen, in Euclid, Ohio, zu arbeiten.Von 1989 bis 1992 war er Direktor des Büros für Informationswissenschaft und -technologie der Defense Advanced Research Projects Agency.Er verließ TRW 1992, um Professor für Software Engineering an der USC zu werden, wo er als Gründungsdirektor des Center for Systems and Software Engineering fungierte.Ab 2012 war er Chief Scientist, Principal Investigator und Vorsitzender des Forschungsrates am SERC.Er war maßgeblich an der Erstellung von SERC Talks beteiligt, einer Webinar-Reihe mit Systemtechnik-Experten.In seinem Buch Software Engineering Economics aus dem Jahr 1981 dokumentierte er das Constructive Cost Model, ein Schätzwerkzeug, das zu einem führenden Indikator für Softwareänderungen geworden ist.Er half beim Verfassen des Systems Engineering Body of Knowledge, einer kontinuierlich aktualisierten Referenz für die Branche.Er fungierte als stellvertretender Redakteur und steuerte Inhalte zu den Kernansätzen des Systems Engineering und Ansätzen zu Systemlebenszyklen bei.Er war Vorstandsmitglied mehrerer wissenschaftlicher Zeitschriften, darunter IEEE Transactions on Software Engineering, Computer und IEEE Software.Boehm war Vorsitzender des Technical Committee on Software Engineering der IEEE Computer Society und des AIAAtechnical Committee on Computer Systems.Er diente auch im Vorstand der Computer Society.Er war Fellow der Association for Computing Machinery, der AIAA und des International Council on Systems Engineering.Er war auch Mitglied der US National Academy of Engineering.Zu Boehms Ehrungen gehörte 2000 der IEEE Harlan D. Mills Award.Er erwarb 1957 einen Bachelor-Abschluss in Harvard und einen Master- und Ph.D.von der University of California, Los Angeles, in den Jahren 1961 und 1964 – alle in Mathematik.Computeringenieur und Unternehmer Life Fellow, 75;starb am 26. JuliTredennick gründete mehrere Startups und war maßgeblich an der Entwicklung der Mikroprozessoren Motorola MC68000 und IBM Micro/370 beteiligt.1968 und 1970 erwarb er den Bachelor- und den Master-Abschluss in Elektrotechnik an der Texas Tech University in Lubbock.